东亚季风气候的历史与变率

东亚季风的变迁可视为太阳辐射条件下, 全球大气、海洋、陆地和冰系统相互作用在东亚地区的表现. 干冷冬季风和暖湿夏季风优势期的相互交替反映了东亚季风的历史. 高分辨率的黄土高原风尘序列研究揭示了东亚季风至少自7.2 Ma前开始建立. 青藏高原的脉动对东亚季风变迁有重要影响, 数值模拟实验说明, 高原隆升对东亚冬季风的影响远大于对夏季风的影响. 末次冰期旋回气候记录显示了东亚季风气候千年或更短时间尺度的变率和不稳定性的特征. 北半球高纬冷空气活动、穿越赤道的气流和ENSO活动影响着东亚季风气候的变率. 有必要加强高分辨率季风气候记录的年代学和古气候替代性指标的研究,将东亚季风环境整体系统置于全球变化框架中,研究各因子相互作用或相互耦合的过程, 以深入认识东亚古季风变迁的规律和变化机制.     

东亚季风气候的历史与变率

东亚季风的为迁可视为太阳辐射条件下，全球大气、海洋、陆地和冰系统相互作用在东亚地区的表现，干冷冬季风和暖湿夏季风优势期的相互交替反映了东亚季风的历史，高分辨率的黄土高原风尘序更研究揭示了东亚季风至少自７．２Ｍａ前开始建立，青藏高原的脉动对东亚季风变迁有重要影响，数值模拟实验说明，高原隆升对东亚冬季风的影响远大于对夏季风的影响，末次冰期旋回气候记录显示了东亚季风气候千年或更短时间尺度的变率和不稳定性     

晚冰期以来神农架大九湖泥炭高分辨率气候变化的地球化学记录研究

10个AMS14C年龄数据表明,神农架大九湖297cm的泥炭沉积剖面约为16kaBP(14C年龄为13.3kaBP)以来的沉积.多地球化学指标分析揭示出,研究区域16kaBP以来的气候特点如下:(1)晚冰期阶段气候冷湿而不稳定,12.6～11.4kaBP应是新仙女木时期的沉积,15.2～12.6kaBP(cal)为博令-阿勒罗德暖期,16～15.2kaBP为最老仙女木时期.(2)早全新世总体上继承了晚冰期气候特点,较为冷湿,其中在10.6kaBP(cal)前后出现较显著的干旱事件.(3)中全新世总体很温暖湿润.其中9.2～7.5kaBP是逐步升温的过程,降水相对较少,在全球具有代表意义的8.2kaBP前后的降温事件反映较明显,6.7～4.2kaBP期间各种替代指标相对稳定,是中全新世水热配置的最适宜期.(4)在4.2kaBP前后发生的中晚全新世的季风衰退事件,表现为气候由温暖湿润快速转向凉干,可能导致了本区新石器文化的崩溃并催生了夏代文明.约0.9kaBP前后转为较凉湿的气候.大九湖泥炭记录的气候和环境演变信息具有全球性变化特点,可以与东亚季风区的同类沉积剖面进行对比,反映了"末次冰期后,季风快速加强,早全新世季风强盛、随后季风衰退,中全新世季风变弱,气候变干"的季风气候变化模式.分析认为,其变化的驱动机制可能是太阳辐射在中纬度东亚季风区的特定响应.     

12000年来青藏高原季风变化——色林错沉积物地球化学的证据

青藏高原季风不仅是今天重要的气候现象,而且也是第四纪时期重要的气候特征,它随高原的隆起而出现,是由高原上的大气与周围同等高度的自由大气间的热力差季节性变化所产生。然而有限的主要来源于青藏高原边缘地区的连续的沉积物记录并未能确切地说明青藏高原季风这一重要现象的变化,18000a B.P.以来北半球季风变化的模拟也未获得青藏高原的证据。色林错为内陆封闭湖泊,位于青藏高原中部高原亚寒带季风半干旱地区(即     

令戈错湖芯重建过去17ka青藏高原大气环流变化

亚洲季风和西风作为北半球重要的大气环流系统,对青藏高原冰川进退、水量平衡及生态环境变化具有重要意义.大量研究重建了两者的强弱变化,但是末次冰消期以来,西风与亚洲季风强度变化仍然存在争议.青藏高原中部令戈错湖泊岩芯样品重建的末次冰消期以来令戈错粒度与介形虫氧同位素记录表明,17~11.7 ka,令戈错水位较浅且波动频繁,西风是气候变化的主要影响因素,研究区环境变化与北大西洋冷事件关系密切;11.7~10ka,对应于印度季风的增强,令戈错水位迅速升高,冬季风力变小,印度季风取代西风成为控制环境变化的主要因素;10~8 ka之后,令戈错水位略有降低,可能对应于印度季风的减弱或者冰川融水的减少;8 ka之后,响应于印度季风逐渐减小,令戈错逐渐萎缩,西风可能存在增强.末次冰消期以来西风与印度季风强弱演替历史可以归纳为:16.5 ka之前,中纬度西风强盛,青藏高原大部分区域均由西风控制,与北大西洋气候变化表现出较好的耦合关系;16.5~11.5 ka气候格局与现今类似,西风控制着青藏高原中-北部地区,而青藏高原南部受印度季风影响更大.早中全新世,夏季太阳辐射增加,印度季风增强;晚全新世,印度季风减弱,西风可能对青藏高原西部以及北部存在影响.     

末次冰消期以来东亚季风快速变化的黄土记录及与格陵兰GISP2冰芯记录的对比

格陵兰冰芯[1]记录表明,末次冰消期以来北大西洋高纬地区气候曾经历了一系列百年至千年尺度的快速波动.东亚季风区也曾记录到这种变化[2],但其详细过程及其与北半球高纬地区气候变化的关系仍不清楚.为此,对黄土高原西部边缘区做了详细调查,选取具有代表性的高分辨率甘肃曹岘黄土剖面(36°33′Ｎ,104°38′Ｅ)进行了2ｃｍ连续采样分析(约70年时间间隔),以粒度和磁化率作为冬、夏季风的替代指标,对末次冰消期以来东亚季风演化进行了研究.剖面位于靖远西塬(黄土塬)顶部(黄土厚400ｍ以上),本次研究仅取其顶部54ｍ.从剖面的地貌部位看,其黄土粉尘…     

青海湖16 ka以来的花粉记录及其古气候古环境演化

青海湖16ka以来的孢粉记录显示：15.2ka以前，青海湖地区的气候寒冷干燥，进入晚冰期的所候特点为凉偏干-温凉偏湿，冷暖波动频繁，但幅度不大。13.4-13,12-11.6和11-10.4kaBP之间的冷颤动分别相当于老仙女木、中仙女木和新仙女木事件，13-12和11.6-11kaBP之间的暖期则分别对应于博令和阿勒罗得暖期。新仙女木事件后的升温具有突变性的特点，气候由温暖偏干变为暖湿。8.2kaBP左右的冷事件明显，为全新世降温幅度最大的一次，全新世大暖期鼎盛期为6.7kaBP左右。2.1kaBP以来，青海湖地区的气候开始向冷干方向发展，并一直持续至今。孢粉浓度和花粉组合所反映的青海湖晚冰期以来的气候演化同全球性的气候事件具有很好的可比性。     

末次间冰期以来古里雅冰芯微粒记录与极地冰芯的对比

通过古里雅冰芯中δ18O与微粒含量的研究, 恢复了末次间冰期以来青藏高原大气粉尘和环境变化的历史. 记录显示, 青藏高原在末次间冰期时处于低粉尘值, 105 ka时高原上的粉尘浓度开始升高. 约75 ka左右进入冰期后, 微粒浓度大幅度剧增, 并在末次冰期早期(MIS 4阶段)达到了最高水平. 在末次冰盛期, 古里雅冰芯中微粒含量的增加并不显著, 与南极和格陵兰不同. 在轨道时间尺度上, 温度和北半球高纬夏季太阳辐射与微粒记录都有良好的相关性, 但也存在幅度和相位上的差异. 青藏高原及其外围山地的冰芯记录反映的是中亚粉尘源区以及粉尘传输起始阶段的变化, 而格陵兰冰芯记录反映的是粉尘最终的沉积状况, 二者的意义是不同的.     

华北北部中全新世降温气候事件与古文化变迁

通过对太师庄泥炭^14C测年、孢粉和氧同位素分析,获得了6-3kaBP较高分辨率的环境演化记录：5.7-5.4kaBP环境冷湿;5.4-4.8kaBP温暖湿润;4.8-4.2kaBP气候发生突变,出现降温事件,植被稀少;4.2-3.3kaBP温暖干燥,太师庄泥炭记录的降温气候事件在北半球有普遍性。气候突变事件对古文化变迁产生了较明显的影响。     

若尔盖盆地RM孔孢粉记录及其年代序列

青藏高原东北部若尔盖盆地连续的花粉记录提供了最后两个冰期-间冰期植被和气候变化证据, 同时为建立RM孔上部60 m的年代序列提供依据. 在间冰期和间冰阶亚高山云杉-冷杉林广泛分布于若尔盖盆地, 说明在这些时期盛行温暖湿润的气候. 在倒数第2次冰期和末次冰盛期冷干的气候条件下分别存在着流石滩和干旱荒漠植被, 且前者更冷. 在MIS4, 主要是高山草甸; 在MIS3, 亚高山云杉-冷杉多次扩张和收缩表明存在一系列的冰阶和间冰阶事件, 这与古里雅以及GISP2的冰芯记录吻合. 从RM孔孢粉记录得到的气候史和从阿拉伯海提取的季风记录与古里雅和格陵兰冰芯δ18O记录之间显著的相似性支持以下观点: 青藏高原对于北大西洋盆地的气候事件和亚洲西南季风强度变化之间起着重要的联系作用.     

250 kaBP前后中国北方干旱区的扩张及其原因

青藏高原东北缘的武威黄羊镇及高原东南缘的川西甘孜黄土剖面同时记录了250kaBP前后一次显著的干旱化事件，前者表现为风尘粒度变粗，后者表现为C4植被扩张和古土壤化学风化强度的降低。这次事件在我国北部干旱区及北太平洋风尘记录中均有强烈表现，而在东南季风控制的黄高原中南部及西风带控制的中亚地区的现有记录中没有明显反映。由于川西甘孜剖面位于典型的西南季风区，中国北方这次重要的干旱化事件主要是来自西南了风的水汽减少所致。青藏高原东南缘在该时期的强烈隆升可能是水汽输送减少的直接原因。     

末次盛冰期连续3 ka南京降水记录中ENSO周期

通过TIMS-U系测年和纹层计数年代学研究, 建立了18~14 kaBP南京汤山洞穴石笋纹层生长时间序列, 其中18179~14900 aBP时段年纹层生长速率提供了末次盛冰期东亚夏季风锋区年际降水变率信息. 经功率谱分析, 发现该时段存在显著的2~7年周期, 与现今季风降水记录中厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)周期相吻合, 进一步证实ENSO事件可以出现于盛冰期极端寒冷的气候边界条件. 石笋年生长速率的分段功率谱分析表明, ENSO周期的低频信号(4~7年)在18179~14900 aBP时段呈逐渐减弱的趋势, 支持ENSO事件的岁差旋回日辐射驱动模型. 然而, H1事件时ENSO周期信号的重现, 可能说明东亚冬季风的显著增强对El Niño事件具有激发作用.     

晚冰期以来青海湖地区气候变迁受西南季风控制的介形类壳体氧同位素证据

晚冰期以来青海湖QH-2000孔沉积物介形类壳体δ¹⁸O记录可以作为季风强度变化的一项很好的指标. 17.5~11 cal.kaBP期间, δ¹⁸O偏正, 平均为2.37‰, 季风带来的降水较少; 11~10 cal. kaBP期间, δ¹⁸O快速由偏正转为偏负, 季风强度快速增强; 10~6.0 cal.kaBP期间, δ¹⁸O整体偏负, 平均为-2.15‰, 季风强度达到了最大; 6.0~2.5 cal.kaBP期间, δ¹⁸O值波动增加, 2.5 cal.kaBP以来, δ¹⁸O波动维持在3.0‰左右, 季风强度减弱. 区域对比研究表明, 青海湖地区晚冰期以来的气候并非受东南季风的影响, 而主要受西南季风的控制.     

≈37 kaBP大气中宇宙成因同位素含量增加的古里雅冰芯证据

证实了≈37 kaBP青藏高原古里雅冰芯记录中宇宙成因同位素36Cl含量峰值的存在,并认为该峰值是36Cl在大气中产生速率增加导致的,而不是净积累速率变化影响的结果. 与其他地区10Be及36Cl记录的对比,指出宇宙成因同位素这一时期的峰值事件具有全球性,可作为冰芯等沉积物定年的时标. 发现这一峰值事件与气候变冷相伴出现.     

兰州约60ka以来夏季风千年尺度不稳定性研究

２８ｍ厚的兰州沙金坪黄土剖面高分辨率记录了末次冰期早期以来亚洲气候变化的历史。土壤磁化率、ＣａＣＯ３含量和颜色夏季风指标变化表明,约６０ｋａ以来夏季风在千年尺度上表现为急剧的跨时约１￣２ｋａ的一系列脉冲式增强变化,并在低频上呈现先强后弱的准万年尺度波动;土壤发育以颜色加深、有机质积累、生物孔道增多和一定的碳酸盐淋溶为特征,其强度与夏季风上述增强变化基本对应,可能共同反映了北大西洋地区末次冰期快速的     

陇西黄土高原末次冰期有机碳同位素变化及其意义

利用陇西黄土高原西南部高分辨率(100年间隔)的塬堡黄土剖面, 讨论了末次冰期有机碳同位素变化的控制因素. 结果发现, 该区域末次冰期以来有机碳同位素变化于−22.6‰ ~ −27.5‰之间. 与黄土高原东部地区不同, 研究区末次间冰段有机碳显著偏负于早晚末次冰期, 偏负达4‰. 末次冰期有机碳同位素指示了纯C₃植物对温度、降水和大气CO2浓度变化的耦合响应. 从末次冰期间冰段到盛冰期, 降温和大气CO₂浓度减少导致有机碳同位素偏正1.5‰ ~ 2.0‰, 塬堡剖面末次冰期有机碳同位素变化主要记录了季风降水的大幅度变化, 可以用来重建古降水, 估算出间冰段降水比盛冰期偏多250~310 mm, 比早末次冰期高出100 mm. 我们的研究还发现, 塬堡黄土剖面末次冰期有机碳同位素的波动可能记录了千年尺度季风降水的快速变化. 同时, 黄土高原有机碳同位素变化相当复杂, 不能简单将有机碳同位素变化归结成C₃/C₄丰度变化而用来指示夏季风强弱.     

川西甘孜黄土-古土壤序列的地球化学演化特征及其古气候意义

川西高原位于青藏高原的东南边缘, 气候主要受印度洋西南季风和高原季风的影响. 对川西甘孜地区甘孜寺黄土剖面地球化学特征的系统研究表明, 甘孜黄土在风尘源区经历了斜长石分解从而导致Na, Ca等活动性元素淋失的化学风化过程, 沉积后的化学风化主要表现为成壤过程中碳酸盐的淋溶淀积及Fe²⁺的氧化. 甘孜寺剖面CIA, Na/K以及Fe²⁺/ Fe³⁺等地球化学参数记录显示, 1.15 Ma BP以来甘孜黄土的风化强度有逐步减弱的趋势, 反映了更新世中期以来青藏高原东南缘持续变干的气候变化特征, 是区域气候对全球气候变化的响应. 同时, 本区气候变化在与全球变化基本一致的基础上, 也存在着明显的差异, 其中最突出的表现就是自约250 ka BP以来干旱化程度明显加剧. 该气候事件的形成可能与青藏高原东南缘隆升对西南季风水汽输送的屏障作用有关.     

末次冰期以来全球陆地植被中C3/C4植物相对丰度时空变化基本特征及其可能的驱动机制

末次冰期以来的陆地植被中C3/C4植物相对丰度变化的主要驱动因素曾被广泛的争论,尽管越来越多的研究者认同气候因素,而不是大气CO2浓度,是最主要的驱动因素.但对于某一具体的研究区域而言,温度还是降水是最主要的驱动因素,仍存在不同的认识.由于具体的研究区域,温度和降水的变幅相对有限,且经常协同变化,因此从更广阔的空间尺度来对有关研究结果进行总结,或许可获得更清晰的认识.对全球末次冰期以来的C3/C4植物相对丰度变化记录进行梳理,发现其存在明显的规律性,即:除地中海式气候地区外;在高纬度地区,末次冰期以来,均以C3植物占绝对优势;在中纬度地区,末次冰期至全新世,C4植物相对丰度上升;而低纬度地区,末次冰期至全新世,C4植物相对丰度下降.结合现代过程研究结果,探讨了末次冰期以来陆地植被C3/C4植物相对丰度变化的驱动机制,认为在末次冰期以来的大气CO2浓度背景下,温度是C3/C4植物相对丰度的首要控制因素,温度条件满足之后,则水分条件成为主要控制因素.这些认识对于将来获得的更高分辨率的过去C3/C4植物相对丰度记录的气候环境信息解译,以及在可靠的温度和大气CO2浓度背景条件下,理解更长时间尺度的C3/C4植物相对丰度变化的驱动机制,均具有一定的意义.     

贵州七星洞全新世石笋的氧同位素记录及其指示的季风气侯变化

对贵州七星洞的石笋进行了TIMS铀系测年和氧同位素组分分析,建立了最近7.7ka石笋δ^18O值的变化序列。重建了贵州地区7.7kaBP以来的季风气候变化：7.7-5.8kaBP,适宜期内的夏季风强盛期;5.8-3.8kaBP,夏季风的稳定减弱期;3.8-0.15kaBP,减弱的夏季风及 气候大幅波动期。并指出7.7kaBP以来石笋δ^18O值增加趋势既反映了北半球夏季太阳辐射减少引起的夏季风减弱,也反映了西南季风降雨对该地区的贡献相对减少,这与模拟结果所表明的西南季风强度变化相一致;δ^18O值大幅度的波动变化则可能表明与降雨量变化相联系的不同季风降水云团对该地区降雨贡献的剧烈变化。     

近千年来南北半球气候变化模拟比较

依据全球海气耦合气候模式ECHO-G近千年积分的模拟结果, 对南、北半球气温及降水变化的相似性和差异性进行了分析, 并探讨了造成南、北半球气候变化异同性的可能原因. 结果表明: (1) 南、北半球平均气温在年际、年代际、百年际尺度上变化位相基本一致; 但从气候阶段转变的时间来看, 北半球年平均温度正负距平的转变明显提前于南半球; 从距平的振幅变化来看, 北半球明显大于南半球. (2) 对降水而言, 年代际及百年际尺度上的变化南、北半球基本同相, 而在年际尺度上的变化两者反相, 且年际及年代际的正相关主要体现在中、高纬地区, 年际负相关主要体现在低纬地区. (3) 中世纪暖期南、北半球的增暖幅度相差不大, 而现代暖期北半球的增暖幅度明显大于南半球; 现代暖期北半球高纬地区气温大幅上升, 而南半球高纬地区气温有所下降, 呈现出明显的反相变化特征, 这是中世纪暖期温室气体浓度保持在较低水平时所不具有的一个气候特征. 其机理有待进一步研究.